package com.hy.study.algorithm.kruskal;

import java.util.Arrays;

/**
 * 克鲁斯卡尔算法
 */
public class KruskalCase {
    private int edgeNum;//边的个数
    private char[] vertexs;//顶点数组
    private int[][] matrix;//邻接矩阵
    private static final int INF = Integer.MAX_VALUE;//表示两个顶点不能联通

    public static void main(String[] args) {
        char[] vertexs = {'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G'};
        int[][] matrix = {
                //这里0表示自己对自己
                /*A*//*B*//*C*//*D*//*E*//*F*//*G*/
                /*A*/     {0, 12, INF, INF, INF, 16, 14},
                /*B*/    {12, 0, 10, INF, INF, 7, INF},
                /*C*/     {INF, 10, 0, 3, 5, 6, INF},
                /*D*/     {INF, INF, 3, 0, 4, INF, INF},
                /*E*/      {INF, INF, 5, 4, 0, 2, 8},
                /*F*/      {16, 7, 6, INF, 2, 0, 9},
                /*G*/      {14, INF, INF, INF, 8, 9, 0}
        };
        KruskalCase kruskalCase = new KruskalCase(vertexs, matrix);
        kruskalCase.print();
        EData[] edges = kruskalCase.getEdges();
        System.out.println(Arrays.toString(edges));
        kruskalCase.sortEdges(edges);
        System.out.println(Arrays.toString(edges));
        kruskalCase.kruskal();
    }

    public KruskalCase(char[] vertexs, int[][] matrix) {
        int vlen = vertexs.length;//有多少个顶点
        this.vertexs = new char[vlen];
        //使用复制拷贝 为了里面数组改变，不改变外面数据
        for (int i = 0; i < vlen; i++) {
            this.vertexs[i] = vertexs[i];
        }
        this.matrix = new int[vlen][vlen];
        for (int i = 0; i < vlen; i++) {
            for (int j = 0; j < vlen; j++) {
                this.matrix[i][j] = matrix[i][j];
            }
        }
        //统计边
        for (int i = 0; i < vlen; i++) {
            for (int j = i + 1; j < vlen; j++) {//将自己和自己链的边排除掉
                if (this.matrix[i][j] != INF) {
                    //表示两条边有效的
                    edgeNum++;
                }
            }
        }

    }

    /**
     * 打印
     */
    public void print() {
        System.out.println("邻接矩阵为:");
        for (int i = 0; i < vertexs.length; i++) {
            for (int j = 0; j < vertexs.length; j++) {
                System.out.printf("%12d\t", matrix[i][j]);
            }
            System.out.println();
        }
    }

    /**
     * 对边进行排序处理,冒泡排序
     *
     * @param edges 边的集合
     */
    private void sortEdges(EData[] edges) {
        for (int i = 0; i < edges.length - 1; i++) {
            for (int j = 0; j < edges.length - i - 1; j++) {
                if (edges[j].weight > edges[j + 1].weight) {
                    EData temp = edges[j];
                    edges[j] = edges[j + 1];
                    edges[j + 1] = temp;
                }
            }
        }
    }

    /**
     * 获取顶点的下标
     *
     * @param ch 顶点的值
     * @return 返回顶点对应的下标 如果找不到返回-1
     */
    private int getPosition(char ch) {
        for (int i = 0; i < vertexs.length; i++) {
            if (vertexs[i] == ch) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    /**
     * 获取图中的边，放在EData[] 数组中,后面需要遍历该数组
     * 通过matrix 邻接矩阵来获取
     * EData[['A','B',12],['B','F',7]]
     *
     * @return
     */
    private EData[] getEdges() {
        int index = 0;
        EData[] edges = new EData[edgeNum];
        for (int i = 0; i < vertexs.length; i++) {
            for (int j = i + 1; j < vertexs.length; j++) {
                if (matrix[i][j] != INF) {
                    edges[index++] = new EData(vertexs[i], vertexs[j], matrix[i][j]);
                }
            }
        }

        return edges;

    }

    /**
     * 获取下标为i的顶点的终点，用于判断后面两个顶点的终点是否相同
     *
     * @param ends 数组 记录了各个顶点记录了终点是哪个 ends 是在遍历过程中逐步形成的
     * @param i    传入顶点的下标
     * @return 返回 的就是下标为i的这个顶点对应的终点的下标
     */
    private int getEnd(int[] ends, int i) {
        while (ends[i] != 0) {
            i = ends[i];
        }
        return i;
    }

    /**
     * 克鲁斯卡尔算法
     */
    private void kruskal() {
        int index = 0;//表示最后结果数组的索引
        int[] ends = new int[edgeNum];//用于保存已有最小生成树中的每个顶点在最小生成树中的终点
        //创建结果数组
        EData[] rets = new EData[edgeNum];
        //获取原始图中的所有边的集合 ，一共有12条边
        EData[] edges = this.getEdges();
        System.out.println("图的边的集合:" + Arrays.toString(edges) + "一共" + edges.length + "条边");
        //按照边的权值大小排序 从小到大
        this.sortEdges(edges);
        //遍历edges 数组 将边添加到最小生成树中，并且判断是否构成回路
        for (int i = 0; i < edgeNum; i++) {
            //获取第1条边的第一个顶点
          int p1=this.getPosition(edges[i].start);//起点
          int p2=this.getPosition(edges[i].end);//终点
        //获取p1 顶点在已有的最小生成树的终点是那个
            int m=this.getEnd(ends,p1);
            int n=this.getEnd(ends,p2);
            //判断是否构成回路
            if(n!=m){//不构成回路
                ends[m]=n;//设置m 在已有生成树的终点
                rets[index++]=edges[i];//有一条边加入
            }
        }
        //统计并打印"最小生成树"
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            System.out.println(rets[i]);
        }

    }



}

//创建一个类EData ，它的对象实例表示一条边
class EData {
    char start;//边的起点
    char end;//边的终点
    int weight;//边的权值

    public EData(char start, char end, int weight) {
        this.start = start;
        this.end = end;
        this.weight = weight;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "EData[" +
                "<" + start +
                "," + end +
                ">=" + weight +
                ']';
    }
}
